JPH0979380A - 内燃機関のピストン・リング - Google Patents
内燃機関のピストン・リングInfo
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- JPH0979380A JPH0979380A JP8169459A JP16945996A JPH0979380A JP H0979380 A JPH0979380 A JP H0979380A JP 8169459 A JP8169459 A JP 8169459A JP 16945996 A JP16945996 A JP 16945996A JP H0979380 A JPH0979380 A JP H0979380A
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- sliding
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】試運転、受入れ試験及び馴し運転中におけるピ
ストン・リング及びシリンダに対する損傷の危険性を低
減するとともに、更に効果的な摺動特性を有するピスト
ン・リングを提供すること。 【解決手段】内燃機関、より詳細には大型ディーゼル・
エンジンに使用する本発明のピストン・リング1はシリ
ンダ壁に面する摺動面を有し、同摺動面は摺動層12,13
からなり、同摺動層12,13は固体潤滑材を含有及び混合
のいづれかの形態で有する。
ストン・リング及びシリンダに対する損傷の危険性を低
減するとともに、更に効果的な摺動特性を有するピスト
ン・リングを提供すること。 【解決手段】内燃機関、より詳細には大型ディーゼル・
エンジンに使用する本発明のピストン・リング1はシリ
ンダ壁に面する摺動面を有し、同摺動面は摺動層12,13
からなり、同摺動層12,13は固体潤滑材を含有及び混合
のいづれかの形態で有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関、より詳細
には大型ディーゼル・エンジンのピストン・リングに関
する。
には大型ディーゼル・エンジンのピストン・リングに関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】多くの
場合、複数のピストン・リングはピストン上部に形成さ
れた溝内に取付けられ、ピストンの外周全体に沿って延
びている。ピストン・リングは閉鎖されていない。更
に、シリンダ壁に面するピストン・リングの外面は同シ
リンダ壁に対して弾性を伴って付勢されている。この結
果、クランク室、即ちピストンの下側に対してシールさ
れた燃焼空間が形成されている。
場合、複数のピストン・リングはピストン上部に形成さ
れた溝内に取付けられ、ピストンの外周全体に沿って延
びている。ピストン・リングは閉鎖されていない。更
に、シリンダ壁に面するピストン・リングの外面は同シ
リンダ壁に対して弾性を伴って付勢されている。この結
果、クランク室、即ちピストンの下側に対してシールさ
れた燃焼空間が形成されている。
【０００３】ピストン・リングは溝内における自由な移
動が可能であり、同ピストン・リングを溝内に固定して
はならない。そして、ピストン・リングは運転中に溝内
を周方向へ回動する。シリンダ壁に対するピストン・リ
ング外面の正確な適合は溝内におけるピストン・リング
の移動によって保証される。
動が可能であり、同ピストン・リングを溝内に固定して
はならない。そして、ピストン・リングは運転中に溝内
を周方向へ回動する。シリンダ壁に対するピストン・リ
ング外面の正確な適合は溝内におけるピストン・リング
の移動によって保証される。
【０００４】ピストン・リングは運転中に磨耗し、特定
期間が経過した後に交換を要する典型的な被磨耗製品で
ある。一般的に、エンジンの馴し運転では、ピストン・
リングの外面及び内側シリンダ壁が互いに完全に適合し
ていない場合、シリンダ壁及びピストンの磨耗量が増大
する。ピストン・リング及びシリンダの製造上の誤差は
馴し運転中に均整化される。
期間が経過した後に交換を要する典型的な被磨耗製品で
ある。一般的に、エンジンの馴し運転では、ピストン・
リングの外面及び内側シリンダ壁が互いに完全に適合し
ていない場合、シリンダ壁及びピストンの磨耗量が増大
する。ピストン・リング及びシリンダの製造上の誤差は
馴し運転中に均整化される。
【０００５】エンジン製造業者はシリンダ及びピストン
・リングに対する損傷を回避すべくエンジンを第１の運
転時間、即ち馴し運転中に更に注意深く運転することを
推奨している。従って、エンジンの最大性能の発揮、継
続的な高出力の維持及び出力の急激な変更を可能な限り
回避する必要がある。
・リングに対する損傷を回避すべくエンジンを第１の運
転時間、即ち馴し運転中に更に注意深く運転することを
推奨している。従って、エンジンの最大性能の発揮、継
続的な高出力の維持及び出力の急激な変更を可能な限り
回避する必要がある。
【０００６】実際には、エンジン、特に大型ディーゼル
・エンジンの注意深い運転は制約を伴って行い得るか、
または不可能である。例えば、船は受入れ運転中に極限
条件下で運転される。受入れ運転は船、即ちエンジンの
第１の運転時間において行われる。従って、最高出力は
エンジンの過負荷領域、即ち極限条件下において形成さ
れる。試運転時間及び馴し運転時間のうちの少なくとも
いづれか一方におけるピストン・リング及びシリンダに
対する損傷はエンジンを注意深く監視した場合でも回避
できないことが多い。これは新品の機械に対する煩雑な
修理を要する。
・エンジンの注意深い運転は制約を伴って行い得るか、
または不可能である。例えば、船は受入れ運転中に極限
条件下で運転される。受入れ運転は船、即ちエンジンの
第１の運転時間において行われる。従って、最高出力は
エンジンの過負荷領域、即ち極限条件下において形成さ
れる。試運転時間及び馴し運転時間のうちの少なくとも
いづれか一方におけるピストン・リング及びシリンダに
対する損傷はエンジンを注意深く監視した場合でも回避
できないことが多い。これは新品の機械に対する煩雑な
修理を要する。
【０００７】更に、エンジンを馴し運転する際に可能な
限り注意深く運転することにより、エンジンのピストン
・リング、シリンダ、ベアリング等の部品の寿命を更に
長くし得る。
限り注意深く運転することにより、エンジンのピストン
・リング、シリンダ、ベアリング等の部品の寿命を更に
長くし得る。
【０００８】本発明の目的は、試運転、受入れ試験及び
馴し運転中におけるピストン・リング及びシリンダに対
する損傷の危険性を低減するとともに、更に効果的な摺
動特性を有するピストン・リングを提供することにあ
る。注意深く運転されたエンジンは全運転時間にわたっ
て更に効果的な運転特性を示す。
馴し運転中におけるピストン・リング及びシリンダに対
する損傷の危険性を低減するとともに、更に効果的な摺
動特性を有するピストン・リングを提供することにあ
る。注意深く運転されたエンジンは全運転時間にわたっ
て更に効果的な運転特性を示す。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、内燃機
関、より詳細には大型ディーゼル・エンジンのピストン
・リングであって、シリンダ壁に面する摺動面は摺動層
からなり、同摺動層は固体潤滑材を含有及び混合のいづ
れかの形態で有するピストン・リングによって達成され
る。本発明に基づく内燃機関、より詳細には大型ディー
ゼル・エンジンは本発明のピストン・リングを有する。
関、より詳細には大型ディーゼル・エンジンのピストン
・リングであって、シリンダ壁に面する摺動面は摺動層
からなり、同摺動層は固体潤滑材を含有及び混合のいづ
れかの形態で有するピストン・リングによって達成され
る。本発明に基づく内燃機関、より詳細には大型ディー
ゼル・エンジンは本発明のピストン・リングを有する。
【００１０】本発明は従来の油潤滑を補う少なくとも１
つの自己潤滑面層を提供する点において実質的な効果を
有する。
つの自己潤滑面層を提供する点において実質的な効果を
有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】例えば、馴し層（Einlaufschich
t）１３と称される外層の形成が可能であり、同馴し層
１３は柔らかく、数時間（例えば、５〜１０時間）の運
転時間内に磨滅、即ち磨耗して消失する。馴し層１３は
製造及び取付けのうちの少なくともいづれか一方におい
て発生し、かつシーリングに関する問題を引き起こし得
る摺動面の不規則性を短い運転時間の後に均整化し得
る。馴し層１３は１０〜３００μｍ、好ましくは３０〜
１００μｍの厚さを有し、例えば同馴し層１３を０．０
５ｍｍ（５０μｍ）の厚さに形成し得る。
t）１３と称される外層の形成が可能であり、同馴し層
１３は柔らかく、数時間（例えば、５〜１０時間）の運
転時間内に磨滅、即ち磨耗して消失する。馴し層１３は
製造及び取付けのうちの少なくともいづれか一方におい
て発生し、かつシーリングに関する問題を引き起こし得
る摺動面の不規則性を短い運転時間の後に均整化し得
る。馴し層１３は１０〜３００μｍ、好ましくは３０〜
１００μｍの厚さを有し、例えば同馴し層１３を０．０
５ｍｍ（５０μｍ）の厚さに形成し得る。
【００１２】例えば、馴し層１３に適する材料として、
金属及び固体潤滑材からなる複合材料がある。０．５〜
２重量％、好ましくは１重量％の炭素と、０．５〜３重
量％、好ましくは１重量％のクロムと、０．５〜２重量
％、好ましくは１重量％のマンガンと、０．２〜２重量
％、好ましくは１．５重量％の銅と、０．１〜２重量
％、好ましくは０．３重量％のケイ素と、残りの重量％
を占める鉄とからなる低合金鋼は馴し層１３の金属素地
（metallische Matrix）に適する。更に、２〜２５容量
％、好ましくは１０容量％の窒化ホウ素（Hexagonales
Bornitrid、化学式BN）を固体潤滑材として金属素地に
混合することが効果的である。馴し層はＡＰＳ（雰囲気
プラズマ溶射；Atmosphaerisches Plasma Spritzen）、
高速フレーム溶射（High Velocity Oxygen Fuel、略し
てHVOF）及び他のフレーム溶射のうちのいづれか１つを
用いて形成可能である。
金属及び固体潤滑材からなる複合材料がある。０．５〜
２重量％、好ましくは１重量％の炭素と、０．５〜３重
量％、好ましくは１重量％のクロムと、０．５〜２重量
％、好ましくは１重量％のマンガンと、０．２〜２重量
％、好ましくは１．５重量％の銅と、０．１〜２重量
％、好ましくは０．３重量％のケイ素と、残りの重量％
を占める鉄とからなる低合金鋼は馴し層１３の金属素地
（metallische Matrix）に適する。更に、２〜２５容量
％、好ましくは１０容量％の窒化ホウ素（Hexagonales
Bornitrid、化学式BN）を固体潤滑材として金属素地に
混合することが効果的である。馴し層はＡＰＳ（雰囲気
プラズマ溶射；Atmosphaerisches Plasma Spritzen）、
高速フレーム溶射（High Velocity Oxygen Fuel、略し
てHVOF）及び他のフレーム溶射のうちのいづれか１つを
用いて形成可能である。
【００１３】別の適切な固体潤滑材としては、ポリエス
テル、ポリアミド、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フ
ッ化バリウム（ＢａＦ2）及びこれらフッ化物の共晶体
のうちのいづれか１つが挙げられる。
テル、ポリアミド、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フ
ッ化バリウム（ＢａＦ2）及びこれらフッ化物の共晶体
のうちのいづれか１つが挙げられる。
【００１４】更に硬く、かつ更に効果的に結合された下
地層（Hochfahrschicht）１２、即ち平滑化層（Einfahr
schicht）と称される別の層を馴し層の下に形成可能で
ある。下地層１２は例えば２００〜３００時間の運転時
間内に磨滅する。下地層１２は効果的な摺動特性と、高
い耐フレッチング性、即ち高い耐スカッフィング性とを
有する必要がある。スカッフィングとは、接着力による
微細溶接の開始、即ち発現を与えるものの名称である。
ピストン・リングの場合、これはピストン・リングの摺
動面に対するシリンダ壁の一部の溶接であり得る。
地層（Hochfahrschicht）１２、即ち平滑化層（Einfahr
schicht）と称される別の層を馴し層の下に形成可能で
ある。下地層１２は例えば２００〜３００時間の運転時
間内に磨滅する。下地層１２は効果的な摺動特性と、高
い耐フレッチング性、即ち高い耐スカッフィング性とを
有する必要がある。スカッフィングとは、接着力による
微細溶接の開始、即ち発現を与えるものの名称である。
ピストン・リングの場合、これはピストン・リングの摺
動面に対するシリンダ壁の一部の溶接であり得る。
【００１５】下地層１２は２０〜２５０μｍ、好ましく
は３０〜１００μｍの厚さを有し、例えば同下地層１２
を０．０５ｍｍ（５０μｍ）の厚さに形成し得る。下地
層１２は静止エンジン及び船のエンジンの第１の運転時
間中、より詳細には受入れ試験及び調整試験中における
安全性を高める。これらの試験において、エンジンは極
限運転条件下において極端な領域に露出される。運転条
件、即ち運転パラメータは迅速、かつ急激に変更され
る。同運転条件下において、極端、かつ好ましくない負
荷がピストン、ピストン・リング及びシリンダに加わ
る。馴し運転における運転条件及び運転状態の迅速、か
つ急激な変更は、これらの部品に対する致命的な損傷を
招来し得る。下地層はピストン・リング及びシリンダを
損傷から更に保護する。
は３０〜１００μｍの厚さを有し、例えば同下地層１２
を０．０５ｍｍ（５０μｍ）の厚さに形成し得る。下地
層１２は静止エンジン及び船のエンジンの第１の運転時
間中、より詳細には受入れ試験及び調整試験中における
安全性を高める。これらの試験において、エンジンは極
限運転条件下において極端な領域に露出される。運転条
件、即ち運転パラメータは迅速、かつ急激に変更され
る。同運転条件下において、極端、かつ好ましくない負
荷がピストン、ピストン・リング及びシリンダに加わ
る。馴し運転における運転条件及び運転状態の迅速、か
つ急激な変更は、これらの部品に対する致命的な損傷を
招来し得る。下地層はピストン・リング及びシリンダを
損傷から更に保護する。
【００１６】下地層１２、即ち平滑化層は１〜２重量
％、好ましくは１．５重量％の炭素と、２〜５重量％、
好ましくは４重量％のクロムと、１〜３重量％、好まし
くは１．５重量％のマンガンと、０．２〜２重量％、好
ましくは１．５重量％の銅と、０．１〜１重量％、好ま
しくは０．５重量％のケイ素と、残りの重量％を占める
鉄とからなる低合金鋼の素地を含み得る。更に、２〜１
２容量％、好ましくは４〜１０容量％の硫化モリブデン
（ＭｏＳ2）等の固体潤滑材が前記の素地に混合され
る。下地層１２は高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）によっ
て形成可能である。
％、好ましくは１．５重量％の炭素と、２〜５重量％、
好ましくは４重量％のクロムと、１〜３重量％、好まし
くは１．５重量％のマンガンと、０．２〜２重量％、好
ましくは１．５重量％の銅と、０．１〜１重量％、好ま
しくは０．５重量％のケイ素と、残りの重量％を占める
鉄とからなる低合金鋼の素地を含み得る。更に、２〜１
２容量％、好ましくは４〜１０容量％の硫化モリブデン
（ＭｏＳ2）等の固体潤滑材が前記の素地に混合され
る。下地層１２は高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）によっ
て形成可能である。
【００１７】６〜１４重量％、好ましくは７〜９重量％
のアルミニウムと、０．５〜４重量％、好ましくは２〜
３重量％のマンガンと、残りの重量％を占める銅とから
なる銅−アルミニウム合金は下地層、即ち平滑化層に使
用する金属素地に適する。
のアルミニウムと、０．５〜４重量％、好ましくは２〜
３重量％のマンガンと、残りの重量％を占める銅とから
なる銅−アルミニウム合金は下地層、即ち平滑化層に使
用する金属素地に適する。
【００１８】２０〜４０重量％、好ましくは３０重量％
のクロムと、１〜３．５重量％、好ましくは２重量％の
炭素と、０．２〜１．５重量％、好ましくは０．８重量
％のホウ素と、残りの重量％を占めるコバルトとからな
るコバルト−クロム合金は下地層に使用する金属素地に
適する。
のクロムと、１〜３．５重量％、好ましくは２重量％の
炭素と、０．２〜１．５重量％、好ましくは０．８重量
％のホウ素と、残りの重量％を占めるコバルトとからな
るコバルト−クロム合金は下地層に使用する金属素地に
適する。
【００１９】螺旋状をなすＶ字溝１０はシリンダ壁上を
摺動するピストン・リング１の実層の摺動面に形成可能
である。Ｖ字溝１０には充填材料１４が充填されてお
り、同充填材料１４及びＶ字溝１０は互いに異なる磁気
特性をそれぞれ有する。溝１０は約２〜６ｍｍ、好まし
くは約４〜５ｍｍの深さを有する。従って、磁気センサ
を使用することにより、ピストン・リング１の磨耗及び
回転位置（Drehlage）を監視可能である。
摺動するピストン・リング１の実層の摺動面に形成可能
である。Ｖ字溝１０には充填材料１４が充填されてお
り、同充填材料１４及びＶ字溝１０は互いに異なる磁気
特性をそれぞれ有する。溝１０は約２〜６ｍｍ、好まし
くは約４〜５ｍｍの深さを有する。従って、磁気センサ
を使用することにより、ピストン・リング１の磨耗及び
回転位置（Drehlage）を監視可能である。
【００２０】ピストンの移動方向、即ちピストン・リン
グ１の移動方向におけるＶ字溝１０の幅と、同Ｖ字溝１
０に充填された材料層の幅とが、ピストン・リング１の
磨耗の進行とともに狭くなる。材料層の信号の長さ／同
信号の継続時間はピストン・リング１の磨耗を示す尺度
である。ピストン・リング１の摺動面内に形成された螺
旋状のＶ字溝１０によって形成される信号は、ピストン
・リング１の回転位置を示す尺度である。ピストン・リ
ング１の回転位置が連続的に変化すること、即ち、ピス
トン・リング１が運転中にピストンに形成された溝内を
回動し得ることが重要である。ピストン・リング１の監
視と、ピストン・リング１上における溝１０の形成に関
する更なる詳細はドイツ特許第ＤＥ−２５１７７５１号
に開示されている。
グ１の移動方向におけるＶ字溝１０の幅と、同Ｖ字溝１
０に充填された材料層の幅とが、ピストン・リング１の
磨耗の進行とともに狭くなる。材料層の信号の長さ／同
信号の継続時間はピストン・リング１の磨耗を示す尺度
である。ピストン・リング１の摺動面内に形成された螺
旋状のＶ字溝１０によって形成される信号は、ピストン
・リング１の回転位置を示す尺度である。ピストン・リ
ング１の回転位置が連続的に変化すること、即ち、ピス
トン・リング１が運転中にピストンに形成された溝内を
回動し得ることが重要である。ピストン・リング１の監
視と、ピストン・リング１上における溝１０の形成に関
する更なる詳細はドイツ特許第ＤＥ−２５１７７５１号
に開示されている。
【００２１】ピストン・リングの回転位置の検出は同ピ
ストン・リング１が馴し運転段階または下地段階にある
場合、即ち前記の層１２，１３のうちの少なくとも一方
がピストン・リング１の摺動面上に存在する場合、換言
するならば同層が充填された溝を被覆している場合に可
能である。ピストン・リング１が馴し運転段階において
効果的に機能し、さらにはピストン上に形成された溝内
に固定されないことが特に重要である。
ストン・リング１が馴し運転段階または下地段階にある
場合、即ち前記の層１２，１３のうちの少なくとも一方
がピストン・リング１の摺動面上に存在する場合、換言
するならば同層が充填された溝を被覆している場合に可
能である。ピストン・リング１が馴し運転段階において
効果的に機能し、さらにはピストン上に形成された溝内
に固定されないことが特に重要である。
【００２２】例えば、コバルト、マンガン及び鉄を含む
銅−アルミニウム合金は、合金ネズミ鋳鉄等の鋳物から
常には形成されるピストン・リングの溝に対する充填材
料に適する。例えば、８〜１５重量％、好ましくは１２
重量％のアルミニウムと、０．５〜３重量％、好ましく
は２重量％のコバルトと、０．５〜５重量％、好ましく
は１．５重量％のマンガンと、１〜５重量％、好ましく
は３重量％の鉄と、残りの重量％を占める銅とからなる
銅−アルミニウム合金は充填材料に適する。
銅−アルミニウム合金は、合金ネズミ鋳鉄等の鋳物から
常には形成されるピストン・リングの溝に対する充填材
料に適する。例えば、８〜１５重量％、好ましくは１２
重量％のアルミニウムと、０．５〜３重量％、好ましく
は２重量％のコバルトと、０．５〜５重量％、好ましく
は１．５重量％のマンガンと、１〜５重量％、好ましく
は３重量％の鉄と、残りの重量％を占める銅とからなる
銅−アルミニウム合金は充填材料に適する。
【００２３】この合金を使用した場合、コバルト−鉄を
豊富に含有する金属間化合物からなる微粒子の形成と、
合金の大半を占めるベータマトリックス構造（β-Matri
x-Struktur）とにより、耐磨耗性が向上する。これらの
微粒子は層の負荷能力及び耐磨耗性を向上させる。溝内
に配置された耐磨耗性を有する充填材料１４は、高速フ
レーム溶射法（HVOF）によってピストン・リング上に形
成可能である。
豊富に含有する金属間化合物からなる微粒子の形成と、
合金の大半を占めるベータマトリックス構造（β-Matri
x-Struktur）とにより、耐磨耗性が向上する。これらの
微粒子は層の負荷能力及び耐磨耗性を向上させる。溝内
に配置された耐磨耗性を有する充填材料１４は、高速フ
レーム溶射法（HVOF）によってピストン・リング上に形
成可能である。
【００２４】ポリアミド及びポリエステルのうちの少な
くともいづれか一方に代表されるプラスチックをベース
にした５〜３０容量％、好ましくは１５〜２０容量％の
固体潤滑材はピストン・リング１の摺動面内に形成され
た溝１０に対する充填材料１４としての銅−アルミニウ
ム合金に混合可能である。
くともいづれか一方に代表されるプラスチックをベース
にした５〜３０容量％、好ましくは１５〜２０容量％の
固体潤滑材はピストン・リング１の摺動面内に形成され
た溝１０に対する充填材料１４としての銅−アルミニウ
ム合金に混合可能である。
【００２５】溝１０及び充填材料１４は２〜６ｍｍ、好
ましくは４〜５ｍｍの深さ及び厚さをそれぞれ有し得
る。合金の成分に関する全ての記述は、存在し得る汚染
物質を全く考慮していない。
ましくは４〜５ｍｍの深さ及び厚さをそれぞれ有し得
る。合金の成分に関する全ての記述は、存在し得る汚染
物質を全く考慮していない。
【００２６】図１は本発明のピストン・リング１を示
す。下地層、即ち平滑化層１２はピストン・リング１の
摺動面１１上にフレーム溶射によって形成されている。
馴し層と称される第２の層１３は下地層、即ち平滑化層
１２上に形成されている。ピストン・リング１の摺動面
上の溝１０は充填材料１４によって充填されており、ピ
ストン・リング１及び充填材料１４の磁気特性はそれぞ
れ異なる。例えば、ピストン・リング１は強磁性体材料
であるネズミ鋳鉄から形成可能であり、溝１０内の充填
材料１４は常磁性体、反磁性体または弱い強磁性体から
形成し得る。溝１０を螺旋状に形成することが効果的で
ある。即ち、溝１０はピストン・リング１の周囲を完全
に一周するように形成される。この結果、ピストン・リ
ング１の外周を考えた場合、溝１０は上面（Deckflaech
e）１５からの距離が変化する。従って、ピストン・リ
ング１の角位置、即ち、ピストン・リング１の回動を容
易に決定し得る。更に、ピストン・リング１が回動不能
になった際、これを容易に確認し得る。この結果、ピス
トン・リング１が回動不能になった際に、同ピストン・
リング１の交換等の適切な修理を迅速に行うことによ
り、磨耗によるシリンダ壁及びピストンの損傷の危険を
低減し得る。
す。下地層、即ち平滑化層１２はピストン・リング１の
摺動面１１上にフレーム溶射によって形成されている。
馴し層と称される第２の層１３は下地層、即ち平滑化層
１２上に形成されている。ピストン・リング１の摺動面
上の溝１０は充填材料１４によって充填されており、ピ
ストン・リング１及び充填材料１４の磁気特性はそれぞ
れ異なる。例えば、ピストン・リング１は強磁性体材料
であるネズミ鋳鉄から形成可能であり、溝１０内の充填
材料１４は常磁性体、反磁性体または弱い強磁性体から
形成し得る。溝１０を螺旋状に形成することが効果的で
ある。即ち、溝１０はピストン・リング１の周囲を完全
に一周するように形成される。この結果、ピストン・リ
ング１の外周を考えた場合、溝１０は上面（Deckflaech
e）１５からの距離が変化する。従って、ピストン・リ
ング１の角位置、即ち、ピストン・リング１の回動を容
易に決定し得る。更に、ピストン・リング１が回動不能
になった際、これを容易に確認し得る。この結果、ピス
トン・リング１が回動不能になった際に、同ピストン・
リング１の交換等の適切な修理を迅速に行うことによ
り、磨耗によるシリンダ壁及びピストンの損傷の危険を
低減し得る。
【００２７】下地層、即ち平滑化層１２及び馴し層１３
は数百分の１ｍｍの厚さを有するのみであり、例えば同
厚さは０．０５ｍｍであり得る。馴し層１３は数時間
（最初の６〜１０時間）の運転時間内に磨滅する。下地
層、即ち平滑化層１２は数百時間、好ましくは２００〜
３００時間の運転時間内に磨滅することが望ましい。
は数百分の１ｍｍの厚さを有するのみであり、例えば同
厚さは０．０５ｍｍであり得る。馴し層１３は数時間
（最初の６〜１０時間）の運転時間内に磨滅する。下地
層、即ち平滑化層１２は数百時間、好ましくは２００〜
３００時間の運転時間内に磨滅することが望ましい。
【００２８】本発明に基づくピストン・リング１は前記
下地層１２及び馴し層１３のうちの一方のみを有するこ
とが可能である。更に、本発明に基づくピストン・リン
グは、同ピストン・リングとは異なる磁気特性を有する
材料を充填した溝１０を必ずしも有する必要はない。更
に、溝１０は三角形の横断面以外の横断面を有し得る。
即ち、ピストン・リング１の磨耗を前記の方法を用いて
監視する際、溝１０の幅を半径方向に沿って徐々に変更
することを要するのみである。
下地層１２及び馴し層１３のうちの一方のみを有するこ
とが可能である。更に、本発明に基づくピストン・リン
グは、同ピストン・リングとは異なる磁気特性を有する
材料を充填した溝１０を必ずしも有する必要はない。更
に、溝１０は三角形の横断面以外の横断面を有し得る。
即ち、ピストン・リング１の磨耗を前記の方法を用いて
監視する際、溝１０の幅を半径方向に沿って徐々に変更
することを要するのみである。
【００２９】内燃機関、特に大型ディーゼル・エンジン
のピストン・リング１はシリンダ壁に面した摺動面１１
を有する。摺動面１１は摺動層１２、１３を含み、同摺
動層１２，１３は固体潤滑材を有する。即ち、摺動層１
２，１３は固体潤滑材を含む金属素地を有する。複数の
摺動層１２，１３のうちの一方はエンジンの馴し運転段
階と称される最初の数時間のうちに磨滅するか、または
エンジンの下地段階、即ち平滑化段階と称される最初の
数百時間内に磨滅する。これらの層１２，１３は一般的
に再加工を必要としない。層１２，１３は多くの場合に
極限運転条件下において、第１の運転時間中にピストン
・リング１及びシリンダを損傷から更に保護する。
のピストン・リング１はシリンダ壁に面した摺動面１１
を有する。摺動面１１は摺動層１２、１３を含み、同摺
動層１２，１３は固体潤滑材を有する。即ち、摺動層１
２，１３は固体潤滑材を含む金属素地を有する。複数の
摺動層１２，１３のうちの一方はエンジンの馴し運転段
階と称される最初の数時間のうちに磨滅するか、または
エンジンの下地段階、即ち平滑化段階と称される最初の
数百時間内に磨滅する。これらの層１２，１３は一般的
に再加工を必要としない。層１２，１３は多くの場合に
極限運転条件下において、第１の運転時間中にピストン
・リング１及びシリンダを損傷から更に保護する。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、試運転、受入れ試験及
び馴し運転中におけるピストン・リング及びシリンダに
対する損傷の危険性を低減するとともに、ピストン・リ
ングの更に効果的な摺動特性を実現し得るという優れた
効果を発揮する。
び馴し運転中におけるピストン・リング及びシリンダに
対する損傷の危険性を低減するとともに、ピストン・リ
ングの更に効果的な摺動特性を実現し得るという優れた
効果を発揮する。
【図１】本発明のピストン・リングの縦断面図。
１…ピストン・リング、１０…Ｖ字溝としての溝、１１
…摺動面、１２…摺動層としての下地層、１３…摺動層
としての馴し層、１４…充填材料、１５…上面。
…摺動面、１２…摺動層としての下地層、１３…摺動層
としての馴し層、１４…充填材料、１５…上面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バルベツァット ゲラルト スイス国 ツェーハー−8152 グラットブ ルック タールアッカーシュトラーセ 62 (72)発明者 バルロー サムエル スイス国 ツェーハー−8405 ヴィンター ツール ヴァイトヴェーク 19
Claims (12)
- 【請求項１】 内燃機関、より詳細には大型ディーゼル
・エンジンのピストン・リング（１）であって、シリン
ダ壁に面する摺動面は摺動層（１２，１３）からなり、
同摺動層（１２，１３）は固体潤滑材を含有及び混合の
いづれかの形態で有するピストン・リング。 - 【請求項２】 前記第１の摺動層（１３）の真下に配置
された第２の摺動層（１２）を有する請求項１に記載の
ピストン・リング。 - 【請求項３】 前記単一摺動層（１２，１３）と、前記
２つの摺動層のうちの外側の摺動層（１３）とのうちの
いづれか一方は１０時間未満、好ましくは６〜９時間の
運転時間内に磨滅する請求項１または２に記載のピスト
ン・リング。 - 【請求項４】 前記単一摺動層（１２，１３）と、前記
２つの摺動層のうちの内側の摺動層（１２）とのうちの
いづれか一方は４００時間未満、好ましくは２００〜３
００時間未満の運転時間内に磨滅する請求項１乃至３の
うちのいづれか一項に記載のピストン・リング。 - 【請求項５】 前記摺動層（１２，１３）のうちの少な
くとも１つは１０〜２００μｍ、好ましくは３０〜１０
０μｍの範囲の厚さを有する請求項１乃至４のうちのい
づれか一項に記載のピストン・リング。 - 【請求項６】 前記単一摺動層（１２，１３）と、前記
２つの摺動層のうちの外側の摺動層（１３）とのうちの
いづれか一方において、金属素地は、０．５〜２重量
％、好ましくは１重量％の炭素と、０．５〜３重量％、
好ましくは１重量％のクロムと、０．５〜２重量％、好
ましくは１重量％のマンガンと、０．２〜２重量％、好
ましくは１．５重量％の銅と、０．１〜２重量％、好ま
しくは０．３重量％のケイ素と、残りの重量％を占める
鉄とからなり、同金属素地に対して、窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）、ポリエステル、ポリアミド、フッ化カルシウム
（ＣａＦ2）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）及びこれらの
フッ化物の共晶体のうちのいづれか１つを固体潤滑材と
して２〜２５容量％、好ましくは１０容量％混入した請
求項１乃至５のうちのいづれか一項に記載のピストン・
リング。 - 【請求項７】 前記単一摺動層（１２，１３）と、前記
２つの摺動層のうちの第２の内側摺動層（１２）とのう
ちのいづれか一方において、金属素地は、１〜２重量
％、好ましくは１．５重量％の炭素と、２〜５重量％、
好ましくは４重量％のクロムと、１〜３重量％、好まし
くは１．５重量％のマンガンと、０．２〜２重量％、好
ましくは１．５重量％の銅と、０．１〜１重量％、好ま
しくは０．３重量％のケイ素と、残りの重量％を占める
鉄とからなるか金属素地と、６〜１４重量％、好ましく
は７〜９重量％のアルミニウムと、０．５〜４重量％、
好ましくは２〜３重量％のマンガンと、残りの重量％を
占める銅とからなる銅−アルミニウム合金の金属素地
と、２０〜４０重量％、好ましくは３０重量％のクロム
と、１〜３．５重量％、好ましくは２重量％の炭素と、
０．２〜１．５重量％、好ましくは０．８重量％のホウ
素と、残りの重量％を占めるコバルトとからなるコバル
ト−クロム合金の金属素地とのうちのいづれか１つであ
り、同金属素地に対して、固体潤滑材、より詳細には二
硫化モリブデン（ＭｏＳ2）を２〜１２容量％、好まし
くは４〜１０容量％混入した請求項１乃至６のうちのい
づれか一項に記載のピストン・リング。 - 【請求項８】 少なくとも１つの溝（１０）をシリンダ
壁に面する摺動面（１１）内に有し、前記溝（１０）は
ピストン・リング（１）の材料とは異なる磁気特性を有
する充填材料（１４）を含む請求項１乃至７のうちのい
づれか一項に記載のピストン・リング。 - 【請求項９】 前記溝（１０）は摺動面（１１）内に螺
旋状に延びるとともに、その外周に関して、ピストン・
リング（１）の複数の上面（１５）のうちの１つからの
距離が変化する請求項８に記載のピストン・リング。 - 【請求項１０】 前記溝（１０）内の充填材料（１４）
はコバルト、マンガン及び鉄を含む銅−アルミニウム合
金であり、同合金は、８〜１５重量％、好ましくは１２
重量％のアルミニウムと、０．５〜３重量％、好ましく
は２重量％のコバルトと、０．５〜５重量％、好ましく
は１．５重量％のマンガンと、１〜５重量％、好ましく
は３重量％の鉄と、残りの重量％を占める銅とからなる
請求項８または９に記載のピストン・リング。 - 【請求項１１】 ５〜３０容量％、好ましくは１５〜２
０容量％の固体潤滑材、より詳細にはポリアミド及びポ
リエステルのうちの少なくともいづれか一方が溝（１
０）内の前記銅−アルミニウム合金に混合されている請
求項１０に記載のピストン・リング。 - 【請求項１２】 請求項１乃至１１のうちのいづれか一
項に記載のピストン・リング（１）を有する内燃機関、
より詳細には大型ディーゼル・エンジン。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE95810583-5 | 1995-09-19 | ||
| EP95810583A EP0764801B1 (de) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | Kolbenring für Verbrennungsmotoren |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0979380A true JPH0979380A (ja) | 1997-03-25 |
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- 1995-09-19 DK DK95810583T patent/DK0764801T3/da active
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- 1996-08-23 KR KR1019960035115A patent/KR100408795B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1996-09-16 CN CN96108266A patent/CN1082159C/zh not_active Expired - Fee Related
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